Технологические подходы к управлению свойствами лазерно напечатанных сталей через оптимизацию процесса термической обработки с учетом пористости, размеров зерна и остаточных напряжений после аддитивного изготовления

Аннотация

Исследование посвящено управлению свойствами сталей полученных селективным лазерным плавлением через научно обоснованный выбор режимов термической обработки с учетом пористости размера зерна и остаточных напряжений. Цель работы состоит в том чтобы установить взаимосвязь между температурой и длительностью отжига эволюцией микроструктуры и комплексом механических характеристик а также предложить технологические решения для вывода аддитивных изделий на уровень требований ответственных отраслей. В качестве объекта выбрана аустенитная сталь марки 316L напечатанная на промышленной установке селективного лазерного плавления с применением оптимизированных параметров сканирования и защитной газовой среды. Образцы подвергались вакуумной термической обработке при температурах от 650 до 1150 градусов с выдержкой один час после чего проводились измерения плотности и пористости микроструктурный анализ с использованием сканирующей электронной микроскопии и дифракции обратно рассеянных электронов рентгеновское определение остаточных напряжений а также испытания на растяжение и измерение микротвердости. Показано что низкотемпературный отжиг в области около 650 градусов практически не изменяя ультрамелкозернистую структуру обеспечивает резкое снижение растягивающих остаточных напряжений почти на порядок при незначительном падении прочности что делает такой режим эффективным средством стабилизации размеров деталей. Высокотемпературные режимы в интервале 850 1150 градусов инициируют рекристаллизацию и рост равноосных зерен сопровождающиеся заметным уменьшением пористости и переходом от жесткого высокопрочного но хрупкого состояния к пластичному и вязкому с удлинением более половины исходной длины образца. Одновременно фиксируется ожидаемый спад предела текучести и микротвердости что подтверждает доминирующую роль зернограничного механизма упрочнения в аддитивной стали после отжига. Сопоставление структурных и механических параметров позволяет выделить несколько эксплуатационных окон от состояния с максимальной прочностью и снятыми напряжениями до состояния с повышенной трещиностойкостью и усталостной долговечностью. Полученные результаты демонстрируют что рациональный выбор режима термической обработки превращает микроструктуру лазерно изготовленной стали в управляемый ресурс и предоставляет технологу инструмент целенаправленного проектирования свойств под требования конкретного узла изделия.